DE102017105351A1 - Power semiconductor module with power semiconductor devices and a capacitor - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Leistungshalbleiterbauelementen (T1,T2,D1,D2), die auf mindestens einer elektrisch leitenden Leiterbahn (3) angeordnet sind, mit einer elektrisch nicht leitenden Isolationsschicht (15) auf der die mindestens eine Leiterbahn (3) angeordnet ist und mit einem Folienverbund (5), wobei der Folienverbund (5) eine elektrisch leitende erste Folie (6), eine elektrisch leitende dritte Folie (8), eine zwischen der ersten und dritten Folie (6,8) angeordnete elektrisch nicht leitende zweite Folie (7) und eine elektrisch nicht leitende vierte Folie (12) aufweist, wobei die dritte Folie (8) zwischen der zweiten und vierten Folie (7,12) angeordnet ist, wobei die Leistungshalbleiterbauelemente (T1,T2,D1,D2) mit dem Folienverbund (5) elektrisch leitend verbunden sind, wobei das Leistungshalbleitermodul (1) einen in Form eines aufgewickelten Abschnitts (19) des Folienverbunds (5) ausgebildeten ersten Kondensator (C1) aufweist. The invention relates to a power semiconductor components (T1, T2, D1, D2) which are arranged on at least one electrically conductive conductor track (3), with an electrically non-conductive insulation layer (15) on which the at least one conductor track (3) is arranged a film composite (5), the film composite (5) comprising an electrically conductive first film (6), an electrically conductive third film (8), an electrically nonconductive second film (7, 8) arranged between the first and third films (6, 8) ) and an electrically non-conductive fourth film (12), wherein the third film (8) between the second and fourth film (7,12) is arranged, wherein the power semiconductor components (T1, T2, D1, D2) with the film composite ( 5) are electrically conductively connected, wherein the power semiconductor module (1) has a in the form of a wound portion (19) of the film composite (5) formed first capacitor (C1).
Description
Die Erfindung betrifft ein Leistungshalbleitermodul mit Leistungshalbleiterbauelementen und einem Kondensator.The invention relates to a power semiconductor module with power semiconductor components and a capacitor.
Aus der
Selbstverständlich kann der Kondensator aber auch für andere Zwecke vorhanden sein und z.B. als Zwischenkreiskondensator dienen.Of course, the capacitor may also be present for other purposes and e.g. serve as a DC link capacitor.
Nachteilig dabei ist, dass der Kondensator als diskretes Bauelement realisiert ist und somit bei der Herstellung erst noch mit dem Folienverbund und/oder dem Substrat elektrisch leitend kontaktiert werden muss. Dies macht die Herstellung des Leistungshalbleitermoduls aufwändig und wirkt sich infolge der Verwendung eines weiteren Bauelements negativ auf die Zuverlässigkeit des Leistungshalbleitermoduls aus.The disadvantage here is that the capacitor is realized as a discrete component and thus must first be contacted electrically conductive during manufacture with the film composite and / or the substrate. This makes the production of the power semiconductor module complex and has a negative effect on the reliability of the power semiconductor module as a result of the use of a further component.
Es ist Aufgabe der Erfindung ein einfach herstellbares zuverlässiges Leistungshalbleitermodul zu schaffen.It is an object of the invention to provide a reliable and easy to manufacture semiconductor module.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Leistungshalbleitermodul mit Leistungshalbleiterbauelementen, die auf mindestens einer elektrisch leitenden Leiterbahn angeordnet sind, mit einer elektrisch nicht leitenden Isolationsschicht auf der die mindestens eine Leiterbahn angeordnet ist und mit einem Folienverbund, wobei der Folienverbund eine elektrisch leitende erste Folie, eine elektrisch leitende dritte Folie, eine zwischen der ersten und dritten Folie angeordnete elektrisch nicht leitende zweite Folie und eine elektrisch nicht leitende vierte Folie aufweist, wobei die dritte Folie zwischen der zweiten und vierten Folie angeordnet ist, wobei die Leistungshalbleiterbauelemente mit dem Folienverbund elektrisch leitend verbunden sind, wobei das Leistungshalbleitermodul einen in Form eines aufgewickelten Abschnitts des Folienverbunds ausgebildeten ersten Kondensator aufweist.This object is achieved by a power semiconductor module with power semiconductor components, which are arranged on at least one electrically conductive conductor track, with an electrically non-conductive insulating layer on which the at least one conductor track is arranged and with a film composite, wherein the film composite an electrically conductive first film, an electrically conductive third foil, an electrically nonconductive second foil arranged between the first and third foil and an electrically non-conducting fourth foil, the third foil being arranged between the second and fourth foil, wherein the power semiconductor components are electrically conductively connected to the foil composite, wherein the power semiconductor module has a first capacitor formed in the form of a wound-up portion of the film composite.
Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.Advantageous embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims.
Es erweist sich als vorteilhaft, wenn der aufgewickelte Abschnitt des Folienverbunds in senkrechte Richtung zur Normalenrichtung der Isolationsschicht neben den Leistungshalbleiterbauelementen angeordnet ist. Hierdurch werden die Leistungshalbleiterbauelemente nicht durch das Gewicht des ersten Kondensators belastet.It proves to be advantageous if the wound portion of the film composite is arranged in the direction perpendicular to the normal direction of the insulating layer next to the power semiconductor components. As a result, the power semiconductor components are not burdened by the weight of the first capacitor.
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn der aufgewickelte Abschnitt des Folienverbunds mit der mindestens einen elektrisch leitenden Leiterbahn und/oder der Isolationsschicht mechanisch verbunden ist, da dann der erste Kondensator mit dem übrigen Leistungshalbleitermodul mechanisch stabil verbunden ist und an die Isolationsschicht thermisch leitend angekoppelt ist, so dass der erste Kondensator über die Isolationsschicht gut gekühlt werden kann.Furthermore, it proves to be advantageous if the wound portion of the film composite with the at least one electrically conductive trace and / or the insulating layer is mechanically connected, since then the first capacitor is mechanically stable connected to the rest of the power semiconductor module and is coupled thermally conductively to the insulating layer so that the first capacitor can be well cooled through the insulating layer.
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn der aufgewickelte Abschnitt des Folienverbunds um eine parallel zur Isolationsschicht verlaufende virtuelle Achse aufgewickelt angeordnet ist, da der Folienverbunds dann leicht aufgewickelt werden kann.Furthermore, it proves to be advantageous if the wound portion of the film composite is arranged wound around a parallel to the insulating layer extending virtual axis, since the film composite can then be easily wound up.
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn der aufgewickelte Abschnitt des Folienverbunds um einen Wickelkörper herum aufgewickelt angeordnet ist, da der erste Kondensator dann mechanisch stabil ausgebildet ist.Furthermore, it proves to be advantageous if the wound portion of the film composite is arranged wound around a winding body, since the first capacitor is then formed mechanically stable.
Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn ein elektrischer zweiter Laststromanschluss eines ersten Leistungshalbleiterbauelements des Leistungshalbleitermoduls mit einem elektrischen ersten Laststromanschluss eines zweiten Leistungshalbleiterbauelements des Leistungshalbleitermoduls elektrisch leitend verbunden ist, wobei der erste Kondensator elektrisch parallel zum ersten und zweiten Leistungshalbleiterbauelement geschaltet ist und mit einem elektrischen ersten Laststromanschluss des ersten Leistungshalbleiterbauelements und mit einem elektrischen zweiten Laststromanschluss des zweiten Leistungshalbleiterbauelements elektrisch leitend verbunden ist, da dann eine in der Leistungselektronik typische Schaltung ausgebildet wird.Furthermore, it proves to be advantageous if an electrical second load current connection of a first power semiconductor component of the power semiconductor module is electrically conductively connected to an electrical first load current connection of a second power semiconductor component of the power semiconductor module, the first capacitor being electrically connected in parallel to the first and second power semiconductor component and having an electrical first Load current connection of the first power semiconductor device and is electrically conductively connected to an electrical second load current connection of the second power semiconductor device, since then a circuit typical in power electronics is formed.
Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn im Bereich des aufgewickelten Abschnitts des Folienverbunds erste Randkanten der ersten Folie mittels eines elektrisch leitenden ersten Verbindungselements miteinander elektrisch leitend verbunden sind und erste Randkanten der dritten Folie mittels eines elektrisch leitenden zweiten Verbindungselements miteinander elektrisch leitend verbunden sind. Hierdurch wird ein homogenere Stromaufteilung auf die Windungen der ersten und dritten Folie erzielt.Furthermore, it proves to be advantageous if, in the region of the wound-up section of the film composite, first marginal edges of the first film are electrically conductively connected to one another by means of an electrically conductive first connecting element and first marginal edges of the third film are an electrically conductive second connecting element are electrically conductively connected to each other. As a result, a more homogeneous distribution of current is achieved on the turns of the first and third film.
In diesem Zusammenhang erweist es sich als vorteilhaft, wenn zu den ersten Randkanten der ersten Folie gegenüberliegend angeordnete zweite Randkanten der ersten Folie gegenüber den ersten Randkanten der dritten Folie zurückversetzt angeordnet sind und zu den ersten Randkanten der dritten Folie gegenüberliegend angeordnete zweite Randkanten der dritten Folie gegenüber den ersten Randkanten der ersten Folie zurückversetzt angeordnet sind. Hierdurch wird die Gefahr der Ausbildung eines Kurzschlusses zwischen der ersten und dritten Folie durch das erste und zweite Verbindungselement stark reduziert.In this connection, it proves to be advantageous if second edge edges of the first film arranged opposite to the first marginal edges of the first film are set back in relation to the first marginal edges of the third film and opposite to the first marginal edges of the third film are arranged second marginal edges of the third film The first marginal edges of the first film are arranged offset back. As a result, the risk of the formation of a short circuit between the first and third film by the first and second connecting element is greatly reduced.
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn der erste Kondensator als Snubberkondensator dient, da dann an den Leistungshalbleiterbauelementen auftretende Überspannungen vermieden oder zumindest reduziert werden.Furthermore, it proves to be advantageous if the first capacitor serves as a snubber capacitor, since then surges occurring at the power semiconductor components are avoided or at least reduced.
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn das Leistungshalbleitermodul einen zum ersten Kondensator elektrisch parallel geschalteten zweiten Kondensator aufweist. Hierdurch kann auf einfache Art und Weise die wirksame elektrische Kapazität erhöht werden.Furthermore, it proves to be advantageous if the power semiconductor module has a second capacitor electrically connected in parallel with the first capacitor. As a result, the effective electrical capacity can be increased in a simple manner.
Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn ein erster elektrischer Anschluss des zweiten Kondensators mit der ersten Randkanten der ersten Folie elektrisch leitend kontaktiert ist und ein zweiter elektrischer Anschluss des zweiten Kondensators mit der ersten Randkanten der dritten Folie elektrisch leitend kontaktiert ist. Hierdurch kann der zweite Kondensator sehr geschickt an die elektrische Schaltung des Leistungshalbleitermodul angeschlossen werden.Furthermore, it proves to be advantageous if a first electrical terminal of the second capacitor is electrically conductively contacted to the first marginal edges of the first foil and a second electrical terminal of the second capacitor is electrically conductively contacted to the first marginal edges of the third foil. As a result, the second capacitor can be very cleverly connected to the electrical circuit of the power semiconductor module.
Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn der zweite Kondensator als Zwischenkreiskondensator dient. Hierdurch kann auf einfache Art und Weise ein Zwischenkreiskondensator an die elektrische Schaltung des Leistungshalbleitermoduls angeschlossen werden.Furthermore, it proves to be advantageous if the second capacitor serves as a DC link capacitor. As a result, a DC link capacitor can be connected to the electrical circuit of the power semiconductor module in a simple manner.
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn das Leistungshalbleitermodul eine Grundplatte aufweist, wobei die Isolationsschicht zwischen der mindestens einen elektrisch leitenden Leiterbahn und der Grundplatte angeordnet ist, da dann das Leistungshalbleitermodul mechanisch besonders stabil ausgebildet ist.Furthermore, it proves to be advantageous if the power semiconductor module has a base plate, wherein the insulating layer between the at least one electrically conductive conductor track and the base plate is arranged, since then the power semiconductor module is formed mechanically very stable.
In diesem Zusammenhang erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Grundplatte integraler Bestandteil eines Kühlkörpers ist, wobei der Kühlkörper von der Grundplatte ausgehende Erhebungen aufweist. Hierdurch wird eine gute Kühlung der Leistungshalbeleiterbauelemente erzielt.In this context, it proves to be advantageous if the base plate is an integral part of a heat sink, wherein the heat sink of the base plate has protruding elevations. As a result, a good cooling of the Leistungshalbeleiterbauelemente is achieved.
In diesem Zusammenhang erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Erhebungen als Kühlfinnen oder Kühlpins ausgebildet sind, da dann eine effiziente Wärmeabgabe vom Kühlkörper auf ein den Kühlkörper umgebendes flüssiges oder gasförmiges Medium gewährleistet ist.In this context, it proves to be advantageous if the elevations are designed as cooling fins or cooling pins, since then an efficient heat transfer is ensured by the heat sink to a surrounding the heat sink liquid or gaseous medium.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die unten stehenden Figuren erläutert. Dabei zeigt:
-
1 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Leistungshalbleitermoduls, -
2 eine Schnittansicht durch einen Teil eines aufgewickelten Abschnitts eines Folienverbunds des erfindungsgemäßen Leistungshalbleitermoduls entlang der in1 dargestellten Schnittlinie A und -
3 ein elektrisches Schaltbild eines erfindungsgemäßen Leistungshalbleitermoduls.
-
1 a sectional view of a power semiconductor module according to the invention, -
2 a sectional view through a portion of a wound portion of a film composite of the power semiconductor module according to the invention along the in1 illustrated section line A and -
3 an electrical circuit diagram of a power semiconductor module according to the invention.
In
Das erfindungsgemäße Leistungshalbleitermodul
Weiterhin weist das Leistungshalbleitermodul
Die Grundplatte
Die Grundplatte
Die Leistungshalbleiterbauelemente T1, T2, D1 und D2 sind mit einem Folienverbund
Es sei bezüglich des Folienverbunds
Der Folienverbund
Bei der Erfindung weist das Leistungshalbleitermodul
Der erste Kondensator C1 dient vorzugsweise als Snubberkondensator. Der erste Kondensator C1 weist vorzugsweise eine Kapazität von 0,5µF bis 5µF, insbesondere von 2,2µF, auf. Der erste Kondensator C1 kann jedoch auch als Zwischenkreiskondensator dienen.The first capacitor C1 preferably serves as a snubber capacitor. The first capacitor C1 preferably has a capacitance of 0.5 μF to 5 μF, in particular of 2.2 μF. However, the first capacitor C1 can also serve as a DC link capacitor.
Der aufgewickelte Abschnitt
Im Bereich des aufgewickelten Abschnitts
Nachfolgend wird das Leistungshalbleiterbauelement T1 als erstes Leistungshalbleiterbauelement T1 und das Leistungshalbleiterbauelement T2 als zweite Leistungshalbleiterbauelements T2 bezeichnet. Wie beispielhaft in
Das Leistungshalbleitermodul
Ein erster elektrischer Anschluss C2' des zweiten Kondensators C2 ist vorzugsweise mit der ersten Randkanten
Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass selbstverständlich Merkmale von verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung, sofern sich die Merkmale nicht gegenseitig ausschließen, beliebig miteinander kombiniert werden können.It should be noted at this point that, of course, features of different embodiments of the invention, as long as the features are not mutually exclusive, can be combined as desired.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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